Kỷ yếu hội nghị Khoa học Môi trường Công nghệ sinh học năm 2011 MỘT SỐ ỨNG DỤNG CỦA QUÁ TRÌNH OXY HÓA NÂNG CAO (AOPs) BẰNG PHƯƠNG PHÁP FENTON TRONG XỬ LÝ NƯỚC THẢI Ở VIỆT NAM Võ Hồng Thi Khoa Môi trường Công nghệ sinh học, Đại học Kỹ thuật Công nghệ TP HCM (HUTECH) TÓM TẮT Đứng trước yêu cầu ngày khắt khe tiêu chuẩn nước thải công nghiệp thành phần hợp chất diện nước thải ngày phức tạp hơn, khó xử lý hơn, trình oxy hóa nâng cao (Advanced Oxidation Processes - AOPs) nói chung trình Fenton nói riêng dần trở nên phổ biến Bên cạnh công nghệ truyền thống, trình oxy hóa nâng cao ngày giải pháp thiếu để xử lý chất ô nhiễm hữu độc hại, không phân hủy sinh học diện nước thải Ở Việt Nam nói riêng, số trình AOPs, phương pháp Fenton áp dụng rộng rãi có nhiều ưu điểm so với phương pháp khác Khi áp dụng phương pháp để xử lý loại nước thải khác (nước thải dệt nhuộm, nước rỉ rác, nước thải giấy có dịch đen, nước thải thuốc trừ sâu), hiệu xử lý chất hữu nhìn chung mức 50% với trình Fenton cổ điển mức 70-80% với trình Fenton cải tiến Từ khóa: oxy hóa nâng cao, trình Fenton, gốc tự hydroxyl GIỚI THIỆU Nước ta giai đoạn công nghiệp hóa, đại hóa Việc phát triển khu công nghiệp Việt Nam kèm với yêu cầu phát triển bền vững, tức phát triển phải song hành với giữ gìn bảo vệ môi trường Thực tế Việt Nam đa số nhà máy, xí nghiệp có công nghệ sản xuất trang thết bị lạc hậu, không đồng dẫn đến lãng phí lượng nguyên vật liệu, đồng thời thải nhiều phế liệu gây ô nhiễm đất, nước, không khí Trong số loại chất thải, đáng lưu ý số loại nước thải có chứa chất ô nhiễm nguy hiểm, độc hại, bền vững khó bị phân hủy môi trường theo thời gian Việc xử lý chất ô nhiễm vấn đề nan giải Các phương pháp xử lý nước thải truyền thống như: phương pháp học, phương pháp sinh học, phương pháp hóa lý… không xử lý xử lý không triệt để chất ô nhiễm Do tồn đọng chúng môi trường gây ảnh hưởng nghiêm trọng đến sức khỏe người động vật kể chúng diện với hàm lượng nhỏ Để giải triệt để loại nước thải khó phân hủy mà phương pháp xử lý truyền thống không áp dụng được, phương pháp oxy hóa nâng cao chứng tỏ hiệu ưu điểm Phương pháp chủ yếu dựa phản ứng hóa học chất oxy hóa mạnh O3, tác nhân Fenton, xúc tác quang hóa sở TiO … Đặc điểm chất oxy hóa điều kiện cụ thể, sinh gốc *OH (hydroxyl) tự hoạt động mạnh (Eo = 2,8V) có khả phân hủy nhiều chất có cấu trúc bền vững Do trình oxy hóa nâng cao lên năm gần công nghệ cao có tầm quan trọng việc thúc đẩy mạnh trình oxy hóa, giúp phân hủy nhiều loại chất hữu ô nhiễm khác nước Phương pháp áp dụng cho nhiều loại nước thải với thành phần chất khó phân hủy có chất khác nhau, từ nước rỉ rác, nước thải dệt nhuộm đến nước thải sản xuất thuốc trừ sâu hay nước thải sản xuất giấy … Tuy nhiên, Việt Nam, số hàng loạt trình oxy hóa nâng cao, số phương pháp áp dụng rộng rãi bao gồm Fenton (đồng thể dị thể), quang Fenton, Peroxon(O3/H2O2) chúng có ưu điểm không phức tạp vận hành, chi phí xử lý chấp nhận được, có nghiên cứu thử nghiệm hiệu xử lý quy mô nhỏ (lab scale, pilot scale) quy mô lớn (full scale) Đặc biệt, phương pháp Fenton, khám phá từ cuối kỷ 19, trải qua thời gian dài chứng tỏ phương pháp oxy hóa nhiều loại chất hữu khác hiệu Ngoài ra, ưu điểm khác phương pháp Fenton không cần lượng kích thích tác nhân phản ứng, gốc hydroxyl thành tạo với chi phí không cao, hóa chất liên quan dễ kiếm, dễ sử dụng độc hại (Wang et al., 2006) Đó mục tiêu giới hạn báo nhằm điểm lại số đặc điểm then chốt áp dụng phương pháp oxy hóa nâng cao thông dụng bậc Việt Nam trình Fenton để xử lý nước thải, đồng thời nêu số ứng dụng điển hình trình thời gian gần Việt Nam để xử lý loại nước thải khác có đặc điểm chung có chứa hợp chất khó phân hủy BẢN CHẤT QUÁ TRÌNH XỬ LÝ NƯỚC THẢI BẰNG OXY HÓA BẬC CAO (AOPs) Các trình oxy hóa nâng cao hay oxy hóa bậc cao định nghĩa trình phân hủy oxy hóa dựa vào gốc tự hoạt động hydroxyl *OH tạo trình xử lý (in situ) Gốc hydroxyl tác nhân oxy hóa mạnh biết từ trước đến nay, có khả oxy hóa không chọn lựa hợp chất hữu cơ, dù loại chất khó phân hủy, biến chúng thành hợp chất vô (khoáng hóa) không độc hại CO2, H2O hay dễ phân hủy acid hữu mạch ngắn, acid vô cơ… Từ tác nhân oxy hóa thông thường H2O2, O3, nâng cao khả oxy hóa phản ứng hóa học khác để tạo gốc hydroxyl, thực trình oxy hóa gián tiếp thông qua gốc hydroxyl, trình gọi trình oxy hóa nâng cao hay gọi tắt trình oxy hóa nâng cao (Advanced Oxidation Processes – AOPs) (Trần Mạnh Trí Trần Mạnh Trung, 2006) CÁC ĐẶC ĐIỂM QUAN TRỌNG CỦA QUÁ TRÌNH FENTON Quá trình Fenton đồng thể Hệ tác nhân Fenton cổ điển hỗn hợp gồm ion sắt hóa trị hydro peroxit 2+ 3+ H2O2, chúng tác dụng với sinh gốc tự *OH, Fe bị oxi hóa thành Fe theo phản ứng: 2+ Fe 3+ + H2O2 Fe + *OH + OH - Phản ứng Fenton tiếp tục nghiên cứu nhiều tác giả sau Các nghiên cứu cho thấy phản ứng phản ứng trình Fenton có xảy phản ứng khác Tổng hợp lại bao gồm: 2+ + H2O2 Fe 3+ + H2O2 Fe Fe Fe 2+ 3+ – + *OH + OH 2+ + *HO2 + H - *OH + Fe *OH + H2O2 H2O + *HO2 Fe 2+ Fe 3+ Fe OH *HO2 (3) + *HO2 (4) - (5) + HO2 2+ + *HO2 Fe + *HO2 + (2) 3+ + Fe 3+ H + (1) + O2 + (6) H2O2 + O2 (7) 2+ Theo tác giả gốc tự *OH sinh có khả phản ứng với Fe H2O2 theo phản ứng (3) (4) quan trọng khả phản ứng với nhiều chất hữu (RH) tạo thành gốc hữu có khả phản ứng cao, từ phát triển tiếp tục theo kiểu dây chuỗi: *OH +RH H2O + *R oxy hóa tiếp chất khác (8) Tuy chế hình thành gốc hydroxyl nhiều tranh cãi, tuyệt đại đa số trí cao với chế trình Fenton xảy theo phản ứng (1)-(7) nêu thừa nhận vai trò gốc hydroxyl tạo trình (Neyens Baeyens, 2003) Quá trình Fenton dị thể Nhược điểm chủ yếu trình Fenton đồng thể phải thực pH thấp, sau phải nâng pH nước thải sau xử lý lên > nước vôi dung dịch kiềm nhằm 3+ chuyển ion Fe vừa hình thành từ chuỗi phản ứng sang dạng keo Fe(OH) kết tủa Lượng kết tủa tách khỏi nước nhờ trình lắng lọc, kết tạo lượng bùn sắt kết tủa lớn Để khắc phục nhược điểm trên, có nhiều công trình nghiên cứu thay xúc tác sắt dạng dung dịch (muối sắt) quặng sắt Goethite ( -FeOOH), cát có chứa sắt sắt loại chất mang khác Fe/SiO 2, Fe/TiO2, Fe/than hoạt tính, Fe/Zeolite (Lin Gurol, 1996; Ravikumar Gurol, 1994) Quá trình xảy giống trình Fenton đề cập nên gọi trình kiểu Fenton hệ dị thể Cơ chế trình dị thể kiểu Fenton xảy với H2O2 quặng sắt loại goethite ( FeOOH) xảy theo chế đơn giản sau (Lu, 2000): - Phản ứng Fenton khởi đầu việc sinh Fe 2+ nhờ có mặt H2O2 xảy tượng khử - hòa tan goethite: -FeOOH(r) + 2H - + 2+ + ½ H2O2 Fe + 1/2O2 + 2H2O (9) 3+ Sau đó, xảy tái kết tủa Fe goethite: 2+ Fe OH - + 3+ H2O2 3+ (1) Fe Fe + H2O + OH + - *OH + -FeOOH(s) + + 2H (10) Theo chế trên, khía cạnh trình dị thể tương tự trình Fenton đồng thể với khởi đầu xảy khử hòa tan Fe 2+ vào dung dịch Quá trình quang Fenton 2+ Phản ứng Fenton phản ứng phân hủy H2O2 tác dụng xúc tác Fe : 2+ Fe + 3+ H2O2 Fe + OH - + *OH (1) Gốc *OH tạo tác dụng với chất ô nhiễm hữu nước để phân hủy, khoáng hóa chúng, tác dụng lại với ion Fe *OH + 2+ 3+ Fe Fe + 2+ OH 3+ để tạo Fe : - (3) Mặt khác, phân hủy H2O2 xảy tác dụng xúc tác Fe 3+ theo phản ứng: 3+ Fe + H2O2 2+ Fe + *HO2 + H + (2) 2+ Phản ứng (2) dẫn đến tạo thành Fe nên lại tiếp tục xảy phản ứng Fenton (1) Tuy nhiên số tốc độ phản ứng (2) thấp so với tốc độ phản ứng (1), nên trình phân hủy H2O2 chủ yếu phản ứng (1) thưc Vì thực tế, phản ứng (1) xảy với tốc 2+ 3+ độ chậm dần sau toàn Fe sử dụng hết chuyển thành Fe Các nghiên cứu có liên quan tiến hành khoảng thập kỷ trở lại cho thấy tốc độ phản ứng (1) chí phản ứng (2), thực với có mặt ánh sáng thuộc vùng tử ngoại (UV) lân cận tử ngoại với khả kiến (UV-VIS) nâng cao rõ rệt nhờ khoáng hóa dễ dàng chất ô nhiễm hữu cơ, chí chất hữu khó phân hủy loại thuốc trừ sâu hay chất diệt cỏ Quá trình gọi trình quang Fenton, thực chất trình Fenton nâng cao nhờ xạ photon ánh sáng Bản chất tượng pH thấp (pH < 4), ion Fe 3+ 3+ phần lớn nằm dạng 2+ phức [Fe (OH)] dạng hấp thu ánh sáng UV miền bước sóng 250 < < 3+ 3+ 2+ 400 nm mạnh (mạnh hẳn so với ion Fe ) Sự hấp thu xạ [Fe (OH)] dung dịch cho phép tạo số gốc hydroxyl *OH phụ thêm: 3+ Fe 3+ +H2O 3+ [Fe (OH)] 2+ [Fe (OH)] 2+ + h Fe 2+ +H + + *OH (11) (12) Tiếp theo sau phản ứng (12) phản ứng Fenton thông thường đề cập (1) Như vậy, rõ ràng nhờ tác dụng xạ UV, ion sắt chuyển hóa từ trạng thái Fe 2+ 2+ 3+ 3+ sang Fe sau ngược lại, từ Fe sang Fe trình Fenton thông thường tạo thành chu kỳ không dừng Đây điểm khác biệt trình quang Fenton với 2+ trình Fenton thông thường trình bị chậm dần Fe chuyển chiều thành Fe 3+ 2+ không Fe dung dịch (Trần Mạnh Trí Trần Mạnh Trung, 2006) Các yếu tố ảnh hưởng trình Fenton quang Fenton Ảnh hưởng độ pH Trong phản ứng Fenton hệ đồng thể quang Fenton, độ pH ảnh hưởng lớn đến tốc độ phản ứng hiệu phân hủy chất hữu Nhìn chung, môi trường axit thuận lợi cho trình tạo gốc hydroxyl tự *OH theo phản ứng (1), môi trường pH cao, trình kết tủa Fe 3+ xảy nhanh trình khử phản ứng (2), làm giảm nguồn tạo 2+ Fe , trở thành yếu tố hạn chế tốc độ phản ứng (Trần Mạnh Trí Trần Mạnh Trung, 2006) Nhiều nghiên cứu cho thấy phản ứng Fenton xảy thuận lợi pH từ 3-4, đạt tốc độ cao pH nằm khoảng hẹp Một số thực nghiệm biểu pH > 4, tốc độ phản ứng oxi hóa chất hữu chậm lại Theo tác giả, nguyên nhân khoảng pH > 4, chất trung gian hoạt động gốc hydroxyl chất trung gian không giải phóng gốc hydroxyl hoạt động (các phức hydroxo sắt III) hình thành thay gốc hydroxyl 2+ Ảnh hưởng nồng độ H2O2 tỉ lệ Fe : H2O2 110 Tốc độ phản ứng Fenton tăng nồng độ H2O2 tăng, đồng thời nồng độ H2O2 cần thiết 110 lại phụ thuộc vào nồng độ chất ô nhiễm cần xử lý, đặc trưng tải lượng COD Thường hiệu xử lý tăng nồng độ H2O2 Fe tăng, nhiên nồng độ tác nhân Fenton cao phát sinh vấn đề lượng sắt hydroxide kết tủa nhiều, thân H2O2 yếu tố ức chế vi sinh vật Theo kinh nghiệm, tỷ lệ mol/mol H2O2: COD dao động lớn, khoảng 0,5-3 : loại nước thải khác (Trần Mạnh Trí Trần Mạnh Trung, 2006) Ngoài ra, tỷ lệ Fe 2+ : H2O2 có ảnh hưởng đến tạo thành tiêu hao gốc hydroxyl 2+ theo phương trình (1), (3) (4), tồn tỷ lệ Fe : H2O2 tối ưu sử dụng Tỷ lệ tối ưu nằm khoảng rộng, khoảng 0,5-14:10 (mol/mol), tùy theo đối tượng chất cần xử lý cần phải xác định thực nghiệm áp dụng vào đối tượng cụ thể Ảnh hưởng anion vô Một số anion vô thường có mặt nước thải làm giảm hiệu trình Fenton hệ đồng thể, đặc biệt nước thải dệt nhuộm trình nhuộm sử dụng nhiều hóa chất phụ trợ (auxiliary chemicals) có nguồn gốc vô Những anion thường gặp 2- - - bao gồm carbonate (CO3 ), bicarbonate (HCO3 ), Chloride (Cl ) chúng có khả “tóm bắt” gốc hydroxyl *OH làm tiêu hao số lượng gốc hydroxyl, giảm khả tiến hành phản ứng oxy hóa Một số anion khác thể tạo thành phức chất không hoạt động 3+ 2- - - với Fe gốc sunfate (SO4 ), nitrate (NO3 ), hydrophosphate (H2PO4 ) khiến hiệu trình Fenton giảm (Trần Mạnh Trí Trần Mạnh Trung, 2006) Ảnh hưởng coi không đáng kể trình Fenton hệ dị thể Ảnh hưởng bước sóng xạ ( trình quang Fenton ) 3+ 2+ Tốc độ trình khử quang hóa Fe tạo gốc hydroxyl *OH Fe phụ thuộc vào chiều dài bước sóng xạ Bước sóng dài hiệu suất lượng tử tạo gốc hydroxyl giảm, hiệu xử lý giảm theo (Trần Mạnh Trí Trần Mạnh Trung, 2006) MỘT SỐ ỨNG DỤNG ĐIỂN HÌNH CỦA QUÁ TRÌNH FENTON TRONG XỬ LÝ NƯỚC THẢI TẠI VIỆT NAM Quá trình Fenton ứng dụng rộng rãi ngày phổ biến giới Việt Nam để xử lý số loại nước thải chứa chất khó (ít) phân hủy sinh học thể keo dạng hòa tan mà việc áp dụng phương pháp truyền thống (cơ học, hóa lý, sinh học) thường hiệu Ứng dụng trình Fenton xử lý nước thải dệt nhuộm Thuốc nhuộm tổng hợp từ hợp chất hữu có phân tử lượng lớn, chứa nhiều vòng thơm (đơn vòng, đa vòng dị vòng), nhiều nhóm chức khác (nhóm mang màu) (Trần Kim Hoa et al., 2005) Do đó, việc xử lý nước thải nhuộm cách triệt để vấn đề đơn giản Các phương pháp xử lý truyền thống keo tụ, lọc hay hấp phụ than hoạt tính trình oxy hóa khử giảm phần ô nhiễm chuyển chất ô nhiễm từ dạng sang dạng khác Ngoài ra, phẩm nhuộm sử dụng loại thuốc nhuộm cation có chứa liên kết azo (ví dụ Basic Blue 41) loại chất hữu bền vững, khó phân hủy sinh học cản trở đến hoạt động bể phân hủy sinh học hệ thống xử lý Xử lý nước thải dệt nhuộm nước ta bắt đầu năm gần sở xây dựng liên doanh với nước công ty nước 100% Tp HCM, Đồng Nai, Lâm Đồng, Long An, Phú Thọ, Hà Nội, Huế, Nha Trang Xử lý nước thải dệt nhuộm phương pháp truyền thống có khả làm giảm đáng kể tải lượng ô nhiễm COD, BOD, SS, phần màu nước thải Tuy nhiên, việc loại bỏ màu nước thải xí nghiệp nhuộm in hoa dùng nhiều thuốc nhuộm hoạt tính vấn đề nan giải (Đỗ Quốc Chân, 2003) Và Fenton phương pháp hiệu cho vấn đề giảm màu nước thải xí nghiệp (Trần Kim Hoa et al., 2005; Đỗ Quốc Chân, 2003; Nguyễn Thị Hường, 2009) Thông thường, phương pháp oxy hóa Fenton kết hợp với xử lý sinh học để khử triệt để màu chất hữu thông qua thông số COD nước thải công nghiệp nhuộm Nhìn chung, từ nghiên cứu yếu tố ảnh hưởng đến trình xử lý nước thải dệt nhuộm phản ứng Fenton rút số kết sau: - Khi sử dụng phương pháp Fenton hệ đồng thể, hiệu xử lý phụ thuộc chặt chẽ vào pH Giá trị pH thích hợp khoảng – thích hợp, đạt hiệu tốt cho trình xử lý Từ pH > hiệu xử lý rõ rệt, hàm lượng COD sau xử lý không đạt TCVN 5945 – 2005 - Hiệu loại bỏ COD màu thường đạt khoảng 60-75% nồng độ COD đầu vào khoảng 500-700mgO2/L - Thời gian phản ứng tối thiểu 25-30 phút lên tới 150 phút nước thải chứa nhiều thuốc nhuộm hoạt tính chứa liên kết azo bền vững - Nồng độ H2O2 phù hợp cho trình xử lý thay đổi khoảng rộng loại nước thải nhuộm khác nhau, từ khoảng 0,1 – 1,5g/l Các nghiên cứu cho thấy hàm lượng H2O2 tăng hiệu xử lý ban đầu tăng theo nồng độ H2O2 tiếp 10 tục tăng cao hiệu suất xử lý không tăng thêm có xu hướng giảm Quy luật biến đổi hiệu xử lý COD tương đồng với biến đổi hiệu xử lý màu - 2+ Tỷ lệ H2O2/Fe (theo khối lượng) để hiệu xử lý tốt thay đổi loại nước phải nhuộm có chứa hóa chất khác nhau, tỉ lệ dao động khoảng rộng từ 4:1 đến 20:1 - Bản chất chất mang màu nước thải nhuộm ảnh hưởng lớn đến hiệu xử lý Trong điều kiện thực nghiệm, hiệu xử lý (xét theo COD) chênh lệch đến 50% nước thải có chất thuốc nhuộm khác Việc pha loãng nước thải nhằm hạ thấp nồng độ COD ban đầu số loại bền với tác nhân Fenton không cải thiện hiệu suất xử lý, công tác thử nghiệm mô hình phòng thí nghiệm để xem xét hiệu xử lý trước triển khai hệ thống xử lý thực tế loại nước thải nhuộm khác cần thiết - Khi có mặt tia UV tốc độ phản ứng cao khả xử lý tốt so với tia UV Điều lần khẳng định tính ưu việt trình quang Fenton so với trình Fenton thông thường Ứng dụng trình Fenton xử lý nước rỉ rác từ bãi chôn lấp Chôn lấp phương pháp xử lý rác phổ biến số nước tiên tiế n đa số nước phát triển, có Việt Nam Vấn đề nước rỉ rác từ bãi chôn lấp mối quan tâm người hoạt động lĩnh vực môi trường, diện nhiều chất độc khó phân hủy nước rỉ rác qua thời gian dài Trong nước rỉ rác có lượng lớn hợp chất hữu phân hủy, kim loại nặng, amoni muối vô (Nguyễn Hồng Khánh et al., 2006) Điều làm cho nước rỉ rác trở nên khó khăn việc xử lý loại nước thải khác nhiều Phương pháp oxy hóa bậc cao sử dụng để loại trừ hay giảm bớt ảnh hưởng chất độc nói trên… Do vậy, công nghệ xử lý nước rỉ rác đề xuất hay thực thời gian gần bao gồm công đoạn oxy hóa bậc cao, nhiều công trình áp dụng trình Fenton Một số hệ thống xử lý nước rỉ rác quy mô nhỏ vừa bãi rác Đông Vinh (thành phố Vình) với công suất 3 100m /ngày bãi rác Đình Vũ (thành phố Hải Phòng) với công suất 150m /ngày (Trần Đức Hạ et al., 2005) thiết kế vận hành sở kết hợp oxy hóa dùng tác nhân Fenton sinh học cho kết xử lý tốt, đạt tiêu chuẩn TCVN 5945-2005 loại B Trong nghiên cứu khác xử lý nước rỉ rác từ bãi chôn lấp chất thải rắn Thủy Phương (Thừa Thiên Huế) loại nước rỉ rác cũ bãi chôn lấp hoạt động từ năm 1999 (Trương Quý Tùng et al., 2009) Nguồn nước rỉ rác phát sinh có hàm lượng lớn chất hữu khó phân hủy sinh học (tỷ lệ BOD5/COD < 0,13) nên việc xử lý nguồn nước rỉ rác dựa vào hệ thống ao sinh học đơn hệ thống hữu chưa thể đáp ứng tiêu chuẩn xả thải Với mức độ ô nhiễm trên, xử lý nước rỉ rác bãi rác Thủy Phương phản ứng Fenton hệ đồng thể loại bỏ 58% lượng chất hữu 2+ hiệu đạt ngưỡng nồng độ Fe H2O2 đưa vào cao (tương ứng 350mg/L 1050mg/L), trình UV – Fenton gián đoạn áp dụng thử nghiệm Ảnh hưởng yếu tố vận hành thời gian lưu, pH, nồng độ tác chất Fenton COD ban đầu đến hiệu xử lý COD màu nước rỉ rác Kết nghiên cứu cho thấy trình UV – Fenton loại bỏ đến 71% COD (COD đầu vào lên tới 2000mg/L) 90% màu nước rỉ rác ban đầu pH khoảng với nồng độ H 2O2 = 125 2+ mg/l, nồng độ Fe = 50 mg/l (thấp nhiều so với áp dụng hệ Fenton truyền thống) sau thời gian 60 phút Một điểm đáng lưu ý khả phân hủy sinh học nước thải sau trình xử lý tăng lên đáng kể, tỉ lệ BOD 5/COD tăng từ 0,15 lên 0,46 Nghiên cứu tiến hành vào năm 2009, mà nước rỉ rác bãi rác Thủy Phương trở nên già hóa chứa nhiều chất hữu bền vững, mở hướng chưa phổ biến cho cách giải triệt để vấn đề môi trường gây nước rỉ rác cũ Việt Nam Ứng dụng trình Fenton xử lý nước thải sản xuất giấy Công nghiệp sản xuất bột giấy giấy sử dụng lượng nước lớn trình sản xuất, lên tới hàng trăm m /tấn sản phẩm tạo lượng nước thải tương đương Đáng ý quy trình sản xuất giấy có công đoạn nấu rửa bột giấy tạo dịch thải màu sẫm chứa nhiều lignin từ gỗ dịch đen Mặc dù nhà máy giấy có công đoạn thu hồi dịch đen có khoảng 5% dịch đen đặc bị thất thoát lẫn với nước thải từ công đoạn khác tẩy trắng xeo giấy Do chứa lượng lớn lignin chất tương tự, dịch đen nước thải giấy nói chung có lẫn dịch đen thuộc loại nước thải bền vững, khó phân hủy sinh học Ngoài ra, vấn đề môi trường nghiêm trọng khác phát sinh từ nước thải sản xuất giấy có mặt chất vô độc hại, có khả gây ung thư chất dioxin (PCDDs/PCDFs) chất tương tự dioxin (PCBs) lignin hợp chất phenol dịch đen phản ứng với clo hợp chất clo diện nước thải công đoạn tẩy trắng Trước trạng ô nhiễm trên, xử lý nước thải giấy có chứa chất hữu khó phân hủy oxy hóa bậc cao cần thiết Đối với nước thải tổng hợp từ công đoạn nhà máy giấy có khâu thu hồi lignin, kỹ thuật xử lý hóa lý sinh học truyền thống có khả làm giảm COD nước thải đáng kể đạt tiêu chuẩn đề vấn đề màu chưa thể giải Ngoài ra, đề cập trên, nước thải sản xuất giấy (trước sau xử lý thông thường) có hàm lượng định chất độc hại đòi hỏi cần chuyển hóa mặt chất để giảm độc tính Với thành phần phức tạp khó xử lý vậy, kỹ thuật AOPs dùng Fenton áp dụng giải pháp phù hợp Kết nghiên cứu oxy hóa cấp tiến nước thải giấy nhà máy giấy Bãi Bằng sau xử lý sinh học (Đào Sỹ Đức et al., 2009) cho thấy trình Fenton có khả loại bỏ đến 92% màu nồng độ Fe 2+ 0,1-0,15g/L; nồng độ H2O2 0,13g/L pH = sau thời gian 30 phút Thêm vào đó, tiến hành thử nghiệm chiếu ánh sáng mặt trời ánh sáng đèn sợi đốt cải thiện đáng kể hiệu xử lý màu, lên tới 99% sau thời gian 40 phút Điều lần khẳng định vai trò ánh sáng việc tái tạo Fe 2+ 3+ từ Fe tạo gốc tự hydroxyl hiệu suất xử lý tăng cao Ứng dụng trình Fenton xử lý nước thải sản xuất thuốc trừ sâu Nước thải sản xuất thuốc trừ sâu số nguồn thải độc hại, khó xử lý thành phần nước thải chứa hợp chất hữu mạch vòng nhóm Clo, nhóm Phospho khó phân hủy sinh học Tại công ty sản xuất thuốc trừ sâu, lượng nước thải không nhiều độc tính cao Thông thường công ty dùng công nghệ xử lý nâng độ pH trước để thủy phân cắt mạch Cách chưa lâu, nhóm nghiên cứu Viện Môi trường Tài nguyên phối hợp với Đại học Bách khoa Tp Hồ Chí Minh thử nghiệm đưa mô hình xử lý (Xử lý nước thải phương pháp mới, 2006) cách đưa nước thải qua bể lọc sinh học kị khí với vật liệu đệm sơ dừa Sau nước thải tiếp tục đưa qua bể bùn hoạt tính cuối bể oxy hóa Tại tiếp tục dùng hệ chất Fenton để oxy hóa chất hữu nước thải Kết cho thấy nước thải qua bể lọc kỵ khí, COD giảm dần Quá trình kiềm hóa giảm 30-50% COD, trình sinh học xử lý 94,8% COD lại Tiếp đến trình hóa học xử lý triệt để chất ô nhiễm, nước sau xử lý đạt tiêu chuẩn nước thải công nghiệp KẾT LUẬN Trước yêu cầu thách thức đặt cho ngành xử lý nước thải phải đối phó với ngày nhiều chất mới, khó phân hủy hình thành chủ yếu từ kỹ nghệ hóa học, phương pháp thông thường sinh học, vật lý, hóa lý chí hóa học áp dụng trình oxy hóa thông thường tồn thời gian dài công nghệ xử lý nước thải truyền thống bộc lộ không đủ sức giải đòi hỏi Vì vậy, phương pháp oxy hóa nâng cao (AOPs) có trình Fenton áp dụng với tư cách hỗ trợ công nghệ truyền thống cần thiết Quá trình Fenton coi công cụ hữu hiệu việc xử lý chất hữu độc khó phân hủy Những ưu điểm kể trình tác nhân oxy hóa (H2O2) chất xúc tác (sắt) có giá thành không cao sẵn có, đồng thời độc hại dễ vận chuyển, dễ sử dụng hiệu oxy hoá nâng cao cao nhiều so với phương pháp khác Các nhiệm vụ mà trình Fenton thực bao gồm (Trần Mạnh Trí Trần Mạnh Trung, 2006): - Loại bỏ tất chất ô nhiễm hữu cơ, làm giảm COD nước thải - Phá hủy chất ô nhiễm hữu khó phân hủy đặc biệt chất POPs - Phá hủy phần chất ô nhiễm bền sinh học, cải thiện khả phân hủy sinh học nước thải, nâng cao tỉ lệ BOD/COD để áp dụng trình xử lý sinh học tiếp sau - Phá hủy chất tạo màu nước thải - Diệt khuẩn nước thải TÀI LIỆU THAM KHẢO Đào Sỹ Đức, Vũ Thị Mai, Đoàn Thị Phương Lan (2009) Xử lý màu nước thải giấy phản ứng Fenton Tạp chí Phát triển KHCN số 5: 37-45 Đỗ Quốc Chân (2003) Nghiên cứu mô hình công nghệ xử lý nước thải làng nghề dệt nhuộm áp dụng cho hộ, 5-10 hộ sản xuất Tạp chí Hoá học kỷ XXI phát triển bền vững số 2, Tập 2, Quyển 2: 48-55 Lin SS, Gurol MD (1996) Heterogeneous catalytic oxidation of organic compounds by hydrogen peroxide Wat Sci Tech 34: 57-64 Lu M (2000) Oxidation of Chlorophenols with hydrogen peroxide in the presence of goethite Chemosphere 40: 125-130 Neyens E, Baeyens J (2003) A review of classic Fenton’s peroxidation as an advanced oxidation technique Journal of Hazardous Materials 98: 33-50 Nguyễn Hồng Khánh, Phạm Tuấn Linh, Lê Văn Cát (2006) Đặc trưng nước rác trạng công nghệ xử lý nước rỉ rác Việt Nam Hội nghị Khoa học lần thứ 20 - Kỷ niệm 50 năm thành lập trường Đại học Bách khoa Hà Nội: 166-170 Nguyễn Thị Hường (2009) Hiệu xử lý nước thải dệt nhuộm hai phương pháp đông tụ điện hóa oxy hóa hợp chất Fenton Tạp chí Khoa học Công nghệ Đại học Đà Nẵng số 6: 102-106 Ravikumar JX, Gurol MD (1994) Chemical Oxidation of Chlorinated organics by Hydrogen Peroxide in the presence of sand Environ Sci Technol 28: 394-400 Trần Đức Hạ, Nguyễn Quốc Hoà, Mai Phạm Dinh (2005) Nghiên cứu xử lý nước rác phương pháp hoá học kết hợp với sinh học Tạp chí Xây dựng số 9: 56-59 Trần Kim Hoa, Phạm Trọng Nghiệp, Ngô Phương Hồng, Đặng Xuân Việt, Nguyễn Hữu Phú (2005) Xử lý nước thải nhuộm phương pháp kết hợp keo tụ - oxy hóa xúc tác Tạp chí Hóa học số 43 4: 452-456 Trần Mạnh Trí, Trần Mạnh Trung (2006) Các trình oxy hóa nâng cao xử lý nước nước thải – Cơ sở khoa học ứng dụng NXB Khoa học kỹ thuật Trương Quý Tùng, Lê Văn Tuấn, Nguyễn Thị Khánh Tuyền, Phạm Khắc Liệu (2009) Xử lý nước rỉ rác tác nhân UV-Fenton thiết bị gián đoạn Tạp chí Khoa học Đại học Huế số 53: 165-175 Xử lý nước thải thuốc trừ sâu phương pháp (2006) Nguồn: http://www.monre.gov.vn/v35/default.aspx?tabid=428&cateID=39&id=16313&code=S JRM416313 (Trang web Bộ Tài nguyên Môi trường Việt Nam) Wang Lawrence K, Hung Yung-Tse, Shammas Nazih K (2006) Advanced Physicochemical Treatment Processes Humana Press Thông tin tác giả báo (Corresponding author) Võ Hồng Thi - Khoa Môi trường Công nghệ sinh học, Đại học Kỹ thuật Công nghệ Thành phố Hồ Chí Minh, số 144/24 Điện Biên Phủ, Phường 25, quận Bình Thạnh, Tp HCM; Tel: 08.35120788 E-mail: vohongthi@yahoo.com